فولاد چیست ؟ نبض صنعت در دستان این آلیاژ است
دسترسی سریع به محتوای مقاله
امروزه به‌سختی می‌توان صنایع یا قطعاتی را یافت که از فولاد در آن‌ها استفاده نشده است. چگونه این آلیاژ به این درجه از اهمیت رسیده است؟ دلیل استفاده فراوان از فولاد چیست؟ آیا می‌توان جایگزینی برای این ماده پیدا کرد؟ باوجود پیدایش موادی همچون کامپوزیت‌ها، مواد نانو ساختار، انواع سوپر آلیاژها و غیره، چرا بازهم قادر به چشم پوششی از فولادها نیستیم؟
در وصف اهمیت و کارآمد بودن فولاد باید گفت که فولاد همه‌چیز است! اگر به دنبال فلزی بسیار مستحکم هستید، فولادها نخستین گزینه هستند. اگر فلزی مقاوم به سایش یا مقاوم در برابر خوردگی می‌خواهید، بازهم انواع فولادها انتخابی سودمند هستند. اگر به دنبال فلزی ارزان می‌گردید که خواص یادشده را هم داشته باشد، بازهم باید بگوییم که فولاد همان چیزی است که به دنبالش می‌گردید. به‌راستی این آلیاژ چه رازی را در دل خود نهفته است که صنایع، توان نادیده گرفتن این آلیاژ را ندارند؟
فولاد چیست ؟
شاید اگر نام فولاد را بشنوید، یک فلز بسیار محکم در ذهنتان نقش ببندد و بگویید نوعی آهن مستحکم است. اما آیا فولاد یک فلز است؟ درواقع باید گفت خیر! فولاد نوعی فلز نیست بلکه یک آلیاژ است. آلیاژ به ترکیبی از فلزات و نافلزات گفته می‌شود که در آن‌ها حداقل دو جزء با یکدیگر ترکیب‌شده‌اند.
فولاد نیز نوعی آلیاژ است. به عبارتی، در تعریف دقیق، فولاد آلیاژی از آهن و کربن با مقدار کربن بین 0.002 تا 2.1 درصد است و سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، منگنز و... به مقدار متفاوت در انواع فولادها حضور دارند. آهن، عنصر آلیاژی اصلی در فولادها است و درنتیجه، فولادها یک خانواده بزرگ از آلیاژهای آهنی را تشکیل می‌دهند. این میزان کربن در فولادها مهمترین فاکتور محسوب می‌شود. انواع فولادها براساس ترکیب شیمیایی و میزان کربن، به دسته‌های مختلفی تقسیم میشوند که در ادامه آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.
اما نکته مهم اینجاست که اگر میزان کربن در فولاد بیش از 2 درصد شود، دیگر آن آلیاژ فولاد نیست! آلیاژی از آهن و کربن که بیش از 2 درصد کربن دارد را چدن می‌گویند. بنابراین، این کربن است که تعیین می‌کند یک آلیاژ همچون فولاد آن‌قدر مستحکم و بادوام باشد یا اینکه با تبدیل به چدن، سخت و شکننده شود. برای اطلاع بیشتر در مورد اینکه چدن چیست و انواع چدن کدام‌اند، به این لینک مراجعه نمایید.
مهم ترین روش تولید فولاد چیست؟
به‌منظور تولید فولاد روشهای مختلفی وجود دارد که امروزه برخی از آن‌ها متداول‌تر هستند و برخی دیگر نیز چندان کارایی نداشته یا به روشهای جدیدتری ارتقا داده شدند.
مهمترین روشهای تولید فولاد عبارت‌اند از:
- کوره باز (Open Hearth)
- بسمر (Bessemer)
- کوره اکسیژن قلیایی (BOF)
- کوره قوس الکتریکی (EAF)
برای اطلاع بیشتر در مورد فرآیند تولید فولاد ، به این لینک مراجعه نمایید.
خواص فولاد
فولادها را با استحکام بسیار بالای آن‌ها می‌شناسیم. اما آیا داشتن تنها استحکام بالا می‌تواند دلیل خوبی برای تبدیل‌شدن به یکی از حساس‌ترین مواد صنعتی باشد؟ چه عاملی سبب شده است تا فولادها به عضوی جدایی‌ناپذیر از صنایع تبدیل شوند؟ بهترین خواص فولاد چیست که تا این حد آن را به آلیاژی کارآمد و مهم تبدیل کرده است؟
مهمترین خواص فولادها شامل موارد زیر میشوند:
- استحکام کششی بسیار بالا
- سختی و مقاومت به سایش بالا
- مقاومت به خوردگی بسیار خوب (گریدهای فولاد ضدزنگ)
- دوام و پایداری خیلی خوب در شرایط بارگذاری مختلف
- فراوانی و در دسترس بودن منابع تولید
- شکل‌پذیری بسیار خوب و قابلیت چکش‌خواری
- هزینه تولید کم
انواع فولادها کدام اند؟
فولادها براساس فاکتورهای مختلفی طبقهبندی میشوند. برخی از مهمترین این فاکتروها شامل طبقهبندی براساس ترکیب شیمیایی، روش تولید، نوع ریزساختار و ... میشوند. در مقاله انواع فولاد ، بیشتر با این دسته‌بندی‌ها آشنا شوید.
در اینجا اما فولادها را براساس ترکیب شیمیایی به انواع زیر تقسیم‌بندی می‌کنیم:
- فولادهای ساده کربنی
- فولادهای آلیاژی
- فولادهای ضدزنگ
- فولادهای ابزار
فولاد کربنی چیست؟
فولادهای ساده کربنی حاوی مقادیر کمی از عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون و مس هستند. آن‌ها اغلب ازنظر ظاهری مات هستند و 90 درصد از کل فولاد را تشکیل می‌دهند. فولادهای ساده کربنی براساس میزان کربن موجود در ترکیب شیمیایی آن‌ها، به انواع زیر تقسیم میشوند:
- فولاد کم‌کربن: حاوی کمتر از 0.3 درصد کربن است و رایج‌ترین فولاد کربنی است.
- فولاد کربن متوسط: حاوی 0.3 تا 0.6 کربن است.
- فولاد پرکربن: این نوع فولاد بالای 0.6 درصد کربن دارد و محکم‌ترین فولاد کربنی است.
فولاد آلیاژی چیست؟
فولادهای آلیاژی حاوی مقادیر مختلفی از عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، کروم، مس، منگنز، نیکل، سیلیکون و تیتانیوم هستند. این عناصر آلیاژی خواص فولاد ازجمله استحکام، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌دهند. این فولادها معمولاً ارزان‌تر هستند و اغلب در قطعات خودرو، ژنراتورهای برق و خطوط لوله استفاده میشوند.
فولاد ضد زنگ
فولادهای ضد زنگ دارای محتوای کربن کم هستند و معمولاً بین 10.5 تا 30 درصد کروم دارند. استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و حفظ استحکام در دماهای بالا ازجمله ویژگی‌های فولادهای ضدزنگ است. انواع فولادهای ضدزنگ عبارت‌اند از:
- فولاد ضد زنگ فریتی (سری 400)
- فولاد ضد زنگ آستنیتی (سری 300)
- فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (سری 400)
- فولاد ضد زنگ دوفازی (فریتی + آستنیتی)
- فولاد ضد زنگ رسوب سخت (PH)
فولاد ابزار
فولادهای ابزار حاوی مقادیر مختلفی از کبالت، مولیبدن، تنگستن و وانادیوم هستند که آن‌ها را بسیار سخت، بادوام و مقاوم در برابر حرارت می‌کند. این فولادها برای ساخت ابزارهای فلزی ایدئال هستند و به همین دلیل به آن‌ها فولاد ابزار می‌گویند. استفاده به‌عنوان ابزار برش، انواع تیغه‌ها، ساخت چاقو و... از مهمترین کاربردهای فولاد ابزار است.
انواع فولاد ابزار عبارت‌اند از:
- فولاد ابزار سرد شده در آب (W)
- فولاد ابزار سرد شده در روغن (O)
- فولاد ابزار سرد شده در هوا (A)
- فولاد ابزار کربن بالا- کروم بالا (D)
- فولاد ابزار کارگرم (H)
- فولاد ابزار مقاوم به شوک (S)
- فولاد ابزار تندبر (M , T)
- فولاد ابزار قالب (P)
- فولاد ابزار مخصوص (L)
کاربرد فولاد چیست؟
فولاد به‌طور گسترده در ساخت جاده‌ها، راه‌آهن، لوازم‌خانگی و ساختمان‌سازی استفاده می‌شود. اکثر سازه‌های مدرن بزرگ مانند استادیوم‌ها و آسمان‌خراش‌ها، پل‌ها و فرودگاه‌ها توسط یک اسکلت فولادی پشتیبانی میشوند. حتی آن‌هایی که ساختار بتنی دارند نیز از فولاد به شکل میلگرد، برای تقویت بتن استفاده می‌کنند.
مهمترین کاربرد فولادها عبارت‌اند از:
- ساخت انواع مقاطع فولادی نظیر میلگرد، تیرآهن، لوله، نبشی، ناودانی و...
- استفاده در خودروسازی در ساخت بدنه خودرو، درها، موتور، سیستم تعلیق و داخل خودرو
- فولادهای ضد زنگ برای تولید سکوها و خطوط لوله دریایی، ساخت قاشق، چنگال و چاقو، وسایل جراحی
- ساخت لوازم‌خانگی با انواع ورق‌های فولادی مانند یخچال، تلویزیون، اجاق‌گاز، سینک و غیره
- تولید ابزارآلات صنعتی مانند وسایل نقلیه کشاورزی و ماشین‌آلات
سؤالات متداول
1- فولاد چیست؟
فولاد آلیاژی از آهن و کربن با مقدار کربن بین 0.002 تا 2.1 درصد است.
2- انواع فولادها کدام اند؟
فولادها براساس فاکتورهای مختلفی طبقهبندی میشوند. براساس ترکیب شیمیایی، فولادها به انواع ساده کربنی، آلیاژی، ضد زنگ و ابزار طبقهبندی میشوند.
3- مهمترین روش تولید فولاد چیست؟
انواع روشهای مرسوم تولید فولاد شامل کوره اکسیژن قلیایی (BOF) و کوره قوس الکتریکی (EAF) میشوند.